杜德銀 楊代強(qiáng)

重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院

面向PID輸油管線電路模擬信號(hào)控制優(yōu)化

杜德銀 楊代強(qiáng)

重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院

在PID輸油網(wǎng)絡(luò)中，存在一些不可預(yù)知的情況，有時(shí)節(jié)點(diǎn)被添加進(jìn)網(wǎng)絡(luò)中或是從網(wǎng)絡(luò)中被刪除掉，使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行遭到破壞。為了避免此類現(xiàn)象的發(fā)生，網(wǎng)絡(luò)必須具備動(dòng)態(tài)的拓?fù)涔δ?。PID輸油網(wǎng)絡(luò)的模擬信號(hào)平臺(tái)應(yīng)具備兩個(gè)方面的功能：一是輸油電路信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理；二是系統(tǒng)的輔助決策驗(yàn)證功能。輸油電路信息實(shí)時(shí)監(jiān)控管理是系統(tǒng)的重點(diǎn)。在輸油電路模擬信號(hào)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，可以總結(jié)模擬信號(hào)數(shù)據(jù)變化的規(guī)律，并以表格、曲線圖、餅狀圖、柱狀圖的形式將其直觀地展示在系統(tǒng)界面上供用戶查詢。

PID輸油網(wǎng)絡(luò)；電路；模擬信號(hào)；通信

在輸油管線的電路控制系統(tǒng)中，由于模擬信號(hào)控制器節(jié)點(diǎn)的分布情況與控制器節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系不能預(yù)先設(shè)定，為了能夠收集到節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，模擬信號(hào)控制器節(jié)點(diǎn)應(yīng)具備自動(dòng)配置的功能。

PID輸油網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的中心控制通信模式不同，它不依賴于任何預(yù)先設(shè)定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，有很強(qiáng)的獨(dú)立性，同時(shí)節(jié)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和拓?fù)淇刂茩C(jī)制協(xié)調(diào)各自的行為。為了使組網(wǎng)靈活方便，輸油節(jié)點(diǎn)之間遵循ZigBee協(xié)議。

1 動(dòng)態(tài)型網(wǎng)絡(luò)模擬信號(hào)設(shè)計(jì)

在PID輸油網(wǎng)絡(luò)中，存在一些不可預(yù)知的情況，有時(shí)節(jié)點(diǎn)被添加進(jìn)網(wǎng)絡(luò)中或是從網(wǎng)絡(luò)中被刪除掉，使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行遭到破壞。為了避免此類現(xiàn)象的發(fā)生，網(wǎng)絡(luò)必須具備動(dòng)態(tài)的拓?fù)涔δ堋?/p>

（1）通信手段。在傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都擁有標(biāo)示自己唯一性的IP地址，其數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)只依賴于目的節(jié)點(diǎn)的IP地址。但在PID輸油網(wǎng)絡(luò)中，它不需要知道數(shù)據(jù)是從什么節(jié)點(diǎn)傳送過(guò)來(lái)或是轉(zhuǎn)發(fā)到什么節(jié)點(diǎn)上去，它只關(guān)心數(shù)據(jù)本身。PID輸油網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域較為特殊，經(jīng)常部署在人煙荒蕪、環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域。此外PID輸油節(jié)點(diǎn)具有體積小、工作時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，不方便給網(wǎng)絡(luò)節(jié)電的電力系統(tǒng)進(jìn)行充電或者更換電池，一旦電能耗完，節(jié)點(diǎn)就失去作用。如何高效地使用這些電能完成用戶指定的檢測(cè)任務(wù)成為目前急需解決的問(wèn)題。

（2）輸油電路多跳模式設(shè)計(jì)。由模擬信號(hào)節(jié)點(diǎn)到Sink節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，需要經(jīng)過(guò)多次其他模擬信號(hào)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)才能完成。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間的通信距離一般在幾十米到幾百米范圍內(nèi)。由于網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有路由輸油協(xié)議，只有相鄰的節(jié)點(diǎn)可以直接通信，存在部分模擬信號(hào)控制器節(jié)點(diǎn)不能直接與基站通信的情況，所以需要一些中間節(jié)點(diǎn)通過(guò)“多跳”的方式實(shí)施路由。而這些中間節(jié)點(diǎn)是由普通的網(wǎng)絡(luò)模擬信號(hào)控制器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的，這樣每個(gè)節(jié)點(diǎn)既要完成自身信息的發(fā)送，也要完成對(duì)其他節(jié)點(diǎn)信息的轉(zhuǎn)發(fā)。由于節(jié)點(diǎn)在很多方面受限，例如體積空間、功耗、價(jià)格等因素，因此節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間和處理能力等方面比一般計(jì)算機(jī)要弱。

2 輸油電路模擬信號(hào)關(guān)鍵技術(shù)

PID輸油網(wǎng)絡(luò)作為當(dāng)今信息領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)，涉及多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，其系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)主要依賴時(shí)間同步、路由、定位、無(wú)線通信等技術(shù)，因此應(yīng)熟練掌握這些技術(shù)的應(yīng)用方法。

（1）同步。為了使模擬信號(hào)控制器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)能夠相互協(xié)同工作，系統(tǒng)應(yīng)具備時(shí)間同步機(jī)制。

（2）路由。在PID輸油網(wǎng)絡(luò)中，路由具有十分重要的意義。由于模擬信號(hào)控制器網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有路由輸油協(xié)議，只能通過(guò)節(jié)點(diǎn)“多跳”的方式進(jìn)行路由，而且由于節(jié)點(diǎn)體積小，存儲(chǔ)空間有限等特點(diǎn)，必須對(duì)節(jié)點(diǎn)上設(shè)計(jì)的路由算法進(jìn)行優(yōu)化和精簡(jiǎn)。當(dāng)前已提出很多經(jīng)典算法，其中包含NADV協(xié)議和SPIN協(xié)議。

3 電路模擬信號(hào)平臺(tái)功能優(yōu)化

根據(jù)實(shí)際需求，PID輸油網(wǎng)絡(luò)的模擬信號(hào)平臺(tái)應(yīng)具備兩個(gè)方面的功能：一是輸油電路信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理；二是系統(tǒng)的輔助決策驗(yàn)證功能。其中輸油電路信息實(shí)時(shí)監(jiān)控管理是系統(tǒng)的重點(diǎn)。

（1）輸油電路模擬信號(hào)實(shí)時(shí)功能優(yōu)化。其主要功能有：①實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模擬信號(hào)功能。對(duì)一段區(qū)域模擬信號(hào)點(diǎn)的所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，同時(shí)也提供部分信息的分類數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示。②Web GIS功能。提供一個(gè)直觀而又生動(dòng)的用戶圖形界面，便于用戶查詢信息。為了能獲取模擬信號(hào)節(jié)點(diǎn)的位置信息和圖像信息，需要知道這些模擬信號(hào)控制器節(jié)點(diǎn)在什么地方，因此使用Web GIS地圖信息圖形化功能，在界面的電子地圖上顯示出模擬信號(hào)控制器中節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置，以實(shí)現(xiàn)輸油電路信息和地理空間信息的有機(jī)結(jié)合，方便檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)及錯(cuò)誤定位。

（2）模擬信號(hào)點(diǎn)信息管理功能優(yōu)化。PID輸油網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，在PID輸油網(wǎng)絡(luò)中，存在一些不可預(yù)知的情況，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)被添加進(jìn)網(wǎng)絡(luò)中或是從網(wǎng)絡(luò)中被刪除掉，這些都會(huì)使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時(shí)發(fā)生變化，因此需要對(duì)模擬信號(hào)點(diǎn)進(jìn)行一系列的操作，來(lái)適應(yīng)這種變化的需求。過(guò)去通過(guò)手工方式現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代油田輸油電路模擬信號(hào)的需求，而GPRS具有很多其他數(shù)據(jù)采集方式無(wú)可比擬的特點(diǎn)（傳輸速率高、接入時(shí)間短等），因此應(yīng)用GPRS無(wú)線通訊技術(shù)來(lái)遠(yuǎn)程采集數(shù)據(jù)。輔助決策驗(yàn)證系統(tǒng)就是將輸油電路區(qū)域內(nèi)通過(guò)實(shí)時(shí)模擬信號(hào)獲得的信息數(shù)據(jù)，運(yùn)用已經(jīng)存儲(chǔ)在系統(tǒng)中的相應(yīng)模型進(jìn)行全面分析，形成模擬信號(hào)區(qū)域輸油電路狀況的分析結(jié)果。根據(jù)這些分析結(jié)果，產(chǎn)生輔助的決策驗(yàn)證報(bào)告，為輸油電路模擬信號(hào)系統(tǒng)的性能評(píng)估提供可靠的依據(jù)。

（3）輸油電路無(wú)線通信協(xié)議棧優(yōu)化。無(wú)線通信協(xié)議棧主要包括MAC協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。在不同的協(xié)議棧層里，定義不同的接口與命令，且在不同的層次上實(shí)現(xiàn)不同的協(xié)議集。例如，MAC層包括802.11、802.15.4、S—MAC、B—MAC、Z—MAC等；路由協(xié)議則包括AODV、DSR、HSR、ZRP、DSDV、WRP等協(xié)議。用戶可以通過(guò)選擇不同的協(xié)議來(lái)進(jìn)行功能的驗(yàn)證。

4 結(jié)語(yǔ)

在輸油電路模擬信號(hào)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，總結(jié)模擬信號(hào)數(shù)據(jù)變化的規(guī)律，并以表格、曲線圖、餅狀圖、柱狀圖的形式將其直觀地展示在系統(tǒng)界面上供用戶查詢；同時(shí)還可根據(jù)變化情況，自動(dòng)生成輸油電路模擬信號(hào)指標(biāo)的年報(bào)表、月報(bào)表和日?qǐng)?bào)表等相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表，并可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些圖形和報(bào)表的打印功能。

（欄目主持關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.044